承台基坑钢板桩支护施工工法[初定稿]

2020-05-23 10:01:38

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承台基坑钢板桩支护施工工法

( 2008-11-GZGF) 一、前言

在沿海地区开挖承台基坑时,由于地下水水面离地浅,地质层多 为河床覆盖层较厚的砂类土、淤泥质土、碎石土和半干性粘土或风化 岩层,地质情况不利于基坑开挖。所以在沿海地区进行基坑开挖作业 时,地下水水位下降、土层跨塌对邻近建( 构)筑物造成危害的事 例时有发生,为此开发了多种挡土挡水支护结构体系应用于深基坑施 工,但是挡土挡水合并考虑的传统支护方式造价较高,为此在适宜的 场地条件下,合理采用拉森钢板桩支护,对保护坑外水文环境、降低 工程排水费用、节约工程造价、加快工程进度具有非常显著的作用, 是一项有积极推广应用价值的施工技术。

二、拉森钢板桩的使用方法 1、钢板桩施工的一般要求 (1)钢板桩的设置位置要符合设计要求,便于承台施工,即在承台 边缘外留有支模、拆模的场地。 (2)基坑围护钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐,避免不规则 的转角,以便标准钢板桩的利用和支撑设置。各周边尺寸尽量符合板 桩模数。 (3)整个承台施工期间,在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施 工作业中,严禁碰撞支撑,禁止任意拆除支撑,禁止在支撑上任意切

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割、电焊,也不应在支撑上搁置重物。 2、钢板桩施工的顺序 (1)钢板桩位置的定位放线 (2)挖沟槽 (3)安装导梁 (4)打插钢板桩 (5)安装水平支撑(或围檩) (6)拆除导梁及围檩 (7)基坑开挖 (8)承台施工 (9)回填土 (10)拔除钢板桩 3、钢板桩的检验、吊装、堆放 (1)钢板桩的检验:对钢板桩,应有材质检验和外观检验,以便对 不合要求的钢板桩进行矫正,以减少打桩过程中的困难。 ①外观检验:包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形 比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意:

a)对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除; b)割孔、断面缺损的应予以补强; c)若钢板桩有严重锈蚀,应测量其实际断面厚度。原则上要对全 部钢板桩进行外观检查。 ②材质检验:对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。包

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括钢材的化学成分分析,构件的拉伸、弯曲试验,锁口强度试验和延 伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试 验。每 20-50t 重的钢板桩应进行两个试件试验。 (2)钢板桩吊运:装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时,每次起吊的 钢板桩根数不宜过多,并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆 起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎,而单根吊运常用专用 的吊具。 (3)钢板桩堆放:钢板桩堆放的地点,要选择在不会因压重而发生 较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上,并便于运往打桩施工现场。堆 放时应注意:

①堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便; ②钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放,并在堆放处设置标牌说 明; ③钢板桩应分层堆放,每层堆放数量一般不超过 5 根,各层间要垫 枕木,垫木间距一般为 2~4 米,且上、下层垫木应在同一垂直线上, 堆放的总高度不宜超过 2 米。

拉森钢板桩的堆放

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4、导向架(导梁)的安装:在钢板桩施工中,为保证沉桩轴线位置的 正确和桩的竖直,控制桩的打入精度,防止板桩的屈曲变形和提高桩 的贯入能力,视工程地质、施工环境开挖深度等条件,设置一定刚度 的、坚固的导架。

安装导架时应注意以下几点: (1)采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。 (2)导梁的高度要适宜,要有利于控制钢板桩的施工精度和提高施 工工效。 (3)导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。 (4)导梁的位置应尽量垂直,并不能与钢板桩碰撞。

5、打插钢板桩

圆形导向架及围檩

拉森钢板桩施工关系到施工止水和安全,是本工程施工最关键的工序

之一,在施工中要注意以下施工有关要求:

(1)全线采用 6.0m、9.0m 长密扣拉森钢板桩。拉森钢板桩采用履

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带式挖土机(带振动锤机)施打,施打前一定要熟悉地下管线、构筑 物的情况,认真放出准确的支护桩中线。

履带式长臂液压打拔机

(2)打桩前,对钢板桩逐根检查,剔除连接锁口锈蚀、变形严重的 钢板桩,不合格者待修整后才可使用。 (3)打桩前,在钢板桩的锁口内涂油脂,以方便打入拔出。 (4)在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过 2%,当偏斜过 大不能用拉齐方法调正时,拔起重打。 (5)钢板桩施打采用屏风式打入法施工。屏风式打入法不易使板桩 发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸,打入精度高,易于实现封闭合拢。 施工时,将 10-20 根钢板桩成排插入导架内,使它呈屏风状,然后再 施打。通常将屏风墙两端的一组钢板桩打至设计标高或一定深度,并 严格控制垂直度,用电焊固定在围檩上,然后在中间按顺序分 1/3 或 1/2 板桩高度打入。

屏风式打入法的施工顺序有正向顺序、逆向顺序、往复顺序、中

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分顺序、复合顺序。施打顺序对板桩垂直度、位移、轴线方向的伸缩、 板桩墙的凹凸及打桩效率有直接影响。因此,施打顺序是板桩施工工 艺的关键之一。其选择原则是:当屏风墙两端已打设的板桩呈逆向倾 斜时,应采用正向顺序施打;反之,用逆向顺序施打;当屏风墙两端 板桩保持垂直状况时,可采用往复顺序施打;当板桩墙长度很长时, 可用复合顺序施打。

总之,施工中应根据具体情况变化施打顺序,采用一种或多种施 打顺序,逐步将板桩打至设计标高,一次打入的深度一般为 0.5-3.0 米。 (6)保证钢板桩间的密扣,以便钢板桩顺利合拢;特别是工作井的四 个角要使用转角钢板桩,若没有此类钢板桩,则用旧轮胎或烂布塞缝 等辅助措施密封。 (7)打入桩后,及时进行桩体的闭水性检查,对漏水处进行焊接修补, 每天派专人进行检查桩体。 (8)内支撑架设 经过计算拉森钢板桩支护可采用一至数道内支撑,见下附图。

设置一层 H 型钢围檩支撑的情况

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设置三层钢管柱围檩支撑的情况

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6、钢板桩的拔除 基坑回填后,要拔除钢板桩,以便重复使用。拔除钢板桩前,应

仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间及土孔处理。否则,由于拔桩的振 动影响,以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移,会给己施工的地 下结构带来危害,并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。 设法减少拔桩带土十分重要,目前主要采用灌水、灌砂措施。 (1)拔桩方法 本工程拔桩采用振动锤拔桩:利用振动锤产生的强迫振动,扰动土质, 破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力,依靠附加起吊力的作用 将桩拔除。

液压打拔头拔除钢板桩

(2)拔桩时应注意事项 ①拔桩起点和顺序:对封闭式钢板桩墙,拔桩起点应离开角桩 5 根以 上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点,必要时也可用跳拔的方法。

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拔桩的顺序最好与打桩时相反。 ②振打与振拔:拔桩时,可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘 附,然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用拔锤将桩振下 100- 300mm,再与振动锤交替振打、振拔。有时,为及时回填拔桩后的土 孔,当把板桩拔至比基础底板略高时暂停引拔,用振动锤振动几分钟, 尽量让土孔填实一部分。 ③起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷,起吊力一般略小于减振器弹 簧的压缩极限。 ④若使用电动拔锤,供振动锤使用的电源为振动锤本身额定功率的 1.2-2.0 倍。 ⑤对引拔阻力较大的钢板桩,采用间歇振动的方法,每次振动 5min, 振动锤连续不超过 30min。 7、钢板桩桩孔处理 对拔桩后留下的桩孔,必须及时回填处理。回填的方法采用填入法。 填入法所用材料为石屑

三、适用范围 本工法适用于河床覆盖层较厚的砂类土、淤泥质土、碎石土和半

干性粘土或全风化岩层基础工程、地下水水面离地浅、水量丰富的基 础工程。

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四、机械设备配置

打钢板桩时选用履带自行式液压冲击打拔机。

主要机械设备表

序号 机械设备名 规格型号 单位 数量 备注

1

长臂勾机

D32

1

2 50KW 发电机 TZH250—4 台

1

3 震动拔桩锤

1

4

汽车吊

5T

1

装卸用

5

抽水机

1~4 视水位情况定

6

电焊机

2

7

切割机

1

8

平板挂车 20T 16M

1

运输用

五、质量控制 1、在拼接钢板桩时,两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具

内施焊,要求两钢板桩端头间缝隙不大于 3mm,断面上的错位不大于 2mm,使用新钢板桩时,要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件, 并详细丈量尺寸,检验是否符合要求。

2、对组拼的钢板桩两端要平齐,误差不大于 3mm,钢板桩组上 下一致,误差不大于 30mm,全部的锁口均要涂防水混合材料,使锁 口嵌缝严密。

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3、为保证插桩在转角处的顺利合拢,要求桩身垂直,并且周边 的钢板数要均分,为保证桩身垂直,于第一组钢板桩设固定于作业面 支撑上的导向架,顺导向架下插,使第一组钢板桩桩身垂直,由于钢 板桩上下宽度不完全一致,锁口间隙也不完全一致,桩身仍有可能倾 斜,在施工中加强测量工作,发现倾斜,及时调整,使每组钢板桩在 顺支护周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于 5‰,同时为了使支 护周边能为钢板桩数所均分,事先在地面或导梁上按钢板桩的实际宽 度画出各组钢板桩的位置,使宽度误差分散,并在插桩时,据此调整 钢板桩的平面位置,使误差不大于±15mm,当仍有困难时,在悬挂状 态下进行调整。

在无法顺利合拢时,则根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合 拢。但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的 2%。

4、在使用拼接接长的钢板桩时,钢板桩的拼接接头不能在支护 的同一断面上,而且相邻桩的接头上下错开至少 2m。所以,在组拼 钢板桩时要预先配桩,在运输、存放时,按插桩顺序堆码,插桩时按 规定的顺序吊插。

5、在进行钢板桩的插打时,当钢板桩的垂直度较好,一次将桩 打到要求深度,当垂直度较差时,要分两次进行施打,即先将所有的 桩打入约一半深度后,再第二次打到要求的深度。

6、打桩时必须在桩顶安装桩帽,以免桩顶破坏,切忌锤击过猛, 以免桩尖弯卷,造成拔桩困难。

7、钢板桩支护在使用过程中,在基坑内抽水时,围护漏水可用

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板条、麻布等楔入锁口内嵌缝。应经常检查各层支撑梁处与钢板桩之 间的缝隙,并用木楔楔紧或加焊连接钢板焊牢,使围檩受力均匀。

8、围护基坑回填后,拔除钢板桩前,首先将钢板桩与支撑梁(围 檩)焊接处切除,然后再选择一组或一块较易拔除的钢板桩,先略锤 击振动后拔高 1~2m,然后挨次将所有钢板均拔高 1~2m,使都松动后, 再挨次拔除。最好是以打入顺序的反方向挨次拔出。

六、安全保证措施 为确保施工中的安全,在进行钢板桩围护施工时,必须将安全工作放在首

位,预防为主。 1、对操作人员进行安全思想教育,提高安全意识,实行持证上

岗制度,不经培训或无证者,不得进行上岗操作。 2、设专人负责日常检查和养护工作,吊机、桩机等在作业时设

专人给信号,避免人多时乱指挥,出现安全事故。 4、对打桩机大臂及连接杆件、销轴等,要按规定经常检查、检

修。防止桩架摇晃严重发现意外事故。 5、地面辅助作业人员,必须戴好安全帽。严禁人员在吊装作业

面下站立或行走。严禁人员进入打桩机回转范围内,并靠近打桩机工 作部位。

7、拔桩时要先振动 1~2 分钟,再慢慢启动卷扬机或举升大臂拔 桩。在有松动后再边振边拔,禁止蛮干。

8、对所有机械设备的制动及外露的液压软管、接头每天进行检

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查,存在摩损,损坏的要及时维修、更换。

七、环境监测 1、确定监测对象:

调查基坑周围相当于基坑开挖深度的 1~1.5 倍范围内地上的建 筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁,以及地下管线(应 区别其属压力的或非压力的)、人防等设施和障碍物。如发现既有建 筑物等已有裂损倾斜等情况,同时收集其详细资料,并在必要处做出 标记或摄像、绘图等。然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析 鉴定,确定应加监护方法。 2、监测方式与方法

①地面沉降、水平位移 在观测部位按观测要求埋设观测桩,并作好观测前原始数据记

录和观测点位附近地形、建筑物的平面位置图、立面图。沉降观测使 用精密水准仪和铟合金水准尺。位移观测使用全站仪。在这里要注意

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的是,要使用相同的仪器,在相同的位置上,由同一观测者按同一方案 施测。而且测量观测点要安全,其位置不要设在变形、位移区 内。 ②围护结构侧土压力

此项监测可选用 DKY—51—2 型振弦读数仪。a)土压力计的安装 测量侧压力时,土压力计的安置如图 1 所示,在围护结构的外面钻孔 埋设土压力计,并在孔中注入与土体性质基本一致的物质,填实空隙。 b)土压力计的工作原理:土压力计使用双膜钢弦式。工作原理跟钢 筋计基本相同,其接触面对变化不大的土压力较为敏感,受力时引起 钢弦振动或应变片变形,弦的自振频率也发生变化。利用脉冲激励, 使钢弦起振,并接收其频率。按事先标定的“压力-频率”关系曲线, 即得出作用在土压力计上的压力值。

3、监测人员

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针对监测的特点,应成立由 3 人组成的专业监测小组,其中 2 人具备测量、土力学、结构力学、计算机等方面的知识。组长负责工 程监测计划、组织及监测的质量审核。 八、效益分析

承台基坑钢板桩支护施工工法,是经多种方案进行技术经济分析 比较后提出的新型止水支挡开挖体系,该支护体系机理简单,材料可 多次循环利用,经工程实践证明,是一项具有实用价值,造价较低, 施工方便,能确保工程安全的防水支护结构体系。 以广珠客运专线ZH-3标承台施工为例: 1、采用该工艺能够做到坑内降水坑外不排水,对控制基坑周边位移, 确保施工场地周边城市交通主干道、110KV电缆及其它管线安全,提 供可靠保证,社会效益显著。 2、采用该工艺直接节省基坑排水费用100多万元,加快了施工进度, 与其他支护结构类型相比,造价大幅降低,具有较高的经济效益。

九、工程实例 1、2007 年3~12月, 广珠城际轨道交通工程珠海市区段港昌路特大 桥承台工程, 共计56个墩,桥梁墩台基础采用Φ1.25m钻孔灌注桩基 础。设计要求承台埋深为地面以下0.5m,承台基坑开挖深度6.5~ 7.0m。桥梁位于市政道路中央绿化带中,且经现场勘察:沿线路左侧 距承台开挖线0.5m的距离埋设有珠澳110Kv供电电缆。故而要求在在 基础施工时进行施工围护,并派专人24小时观察,以确保既有道路交

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通及管线的安全。 场地不良地质作用主要为浅层地基层中存在软弱土层,软土层主要为 淤泥、淤泥质粘土,淤泥含水量高、压缩性高、承载力低,工程性能 差。在场地内大部分地段均有分布,呈透镜状产出,厚度0.5~9.90m, 该层为场地软弱土层。根据现场承台基坑实际开挖情况,地面以下埋 有较厚流砂、水位较高,且位于市区内施工,经过选拉森钢板桩、H 型钢木挡板、钢筋混凝土板桩等围护方案后,决定采用拉森钢板桩支 护方案。既能满足施工安全要求又能取得较好的工程经济效益。 基坑开挖及施工期间,基坑边坡稳定,无渗水现象发生,坑内布设汇 水沟、集水井,做到坑内干作业,坑外水位不下降,保证了承台施工 地面围蔽外机动车道车辆正常通行以及110Kv供电电缆的安全, 取得 了非

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